Аннотация. В статье проведен анализ современных систем автоматизированного управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА). Рассматривается состав и назначение основного оборудования и полезной нагрузки БПЛА. Определены основные требования, которые предъявляются к САУ БПЛА. Предложено алгоритмическое обеспечение системы навигации по ориентирам. Для обеспечения заданной вертикальной скорости при наборе высоты полета предлагается использование системы автоматического управления вертикальной скоростью (САУ ВШ).
Ключевые слова: беспилотный авиационный комплекс, беспилотный летательный аппарат, система автоматизированного управления, полезная нагрузка.
Технічні науки
УДК 512.624.95
Радзівілов Г.Д.
Військовий інститут телекомунікації та інформатизації
Ад’юнкт науково-організаційного відділу
Радзивилов Г.Д.
Военный институт телекоммуникаций и информатизации
Адъюнкт научно-организационного отдела
Radzivilov G.D.
Military Institute of Telecommunications and Information
Associate Scientific organizational department
Фесенко О.Д.
Військовий інститут телекомунікації та інформатизації
Ад’юнкт науково-організаційного відділу
Фесенко А.Д.
Военный институт телекоммуникаций и информатизации
Адъюнкт научно-организационного отдела
Fesenko O.D.
Military Institute of Telecommunications and Information
Associate Scientific organizational department
АНАЛІЗ МЕТОДІВ ПОБУДОВИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ БПЛА
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ БПЛА
ANALYSIS METHODS OF CONSTRUCTION OF AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS UAV
Анотація. У статті здійснено аналіз сучасних систем автоматизованого управління безпілотними літальними апаратами (БПЛА). Розглядається склад та призначення основного обладнання і корисного навантаження БПЛА. Визначено основні вимоги, які висуваються до САУ БПЛА. Запропоновано алгоритмічне забезпечення системи навігації за орієнтирами. Для забезпечення заданої вертикальної швидкості при наборі висоти польоту пропонується використання системи автоматичного управління вертикальною швидкістю (САУ ВШ).
Ключові слова: безпілотний авіаційний комплекс, безпілотний літальний апарат, система автоматизованого управління, корисне навантаження.
Аннотация. В статье проведен анализ современных систем автоматизированного управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА). Рассматривается состав и назначение основного оборудования и полезной нагрузки БПЛА. Определены основные требования, которые предъявляются к САУ БПЛА. Предложено алгоритмическое обеспечение системы навигации по ориентирам. Для обеспечения заданной вертикальной скорости при наборе высоты полета предлагается использование системы автоматического управления вертикальной скоростью (САУ ВШ).
Ключевые слова: беспилотный авиационный комплекс, беспилотный летательный аппарат, система автоматизированного управления, полезная нагрузка.
Аналіз останніх публікацій. Сучасні досягнення в області мікроелектроніки, обчислювальної техніки, зв'язку, навігації і інших областях науки і техніки дозволяють ставити і вирішувати завдання створення якісно нових безпілотних наземних і безпілотних літальних засобів моніторингу територій.
Активно розвивається напрямок моніторингу завантаження доріг і прогнозування транспортних потоків. Це практичні методи одержання та використання інформації про місцезнаходження, швидкості і напрямку руху наземних безпілотних засобів і стеження за автотранспортом, для оперативного диспетчерського управління рухом. На безпілотний засіб для моніторингу автотранспорту, контролю маршруту пересування розміщується спеціальний ГЛОНАСС/GPS термінал. Обладнання в автоматичному режимі визначає координати місця розташування транспорту з допомогою можливості прийому сигналів навігаційних супутникових систем ГЛОНАСС і GPS, а також інші навігаційні параметри, такі як швидкість, напрямок руху і стан підключених датчиків, а також технічний стан безпілотного засобу в цілому [6].
Безпілотні засоби оснащуються ультразвуковими сенсорами, радарними датчиками, лазерними локаторами і відеокамерами. В даний час такі технології оснащення безпілотних засобів поки не широко застосовуються в Україні.
Для застосування безпілотної системи моніторингу необхідно вирішити цілий ряд питань як на законодавчому, так і на організаційно-технічному рівнях. Для коректної роботи систем моніторингу необхідно наявність інфраструктури, в тому числі сенсорів визначення швидкості, систем дистанційної передачі даних про дорожню ситуацію і т. д. Технічний результат – розширення функціональних можливостей системи за рахунок підвищення стійкості і точності процесів управління.
Рішення таких завдань пов'язано з розвитком алгоритмів і аналізом структур розподілених бортових систем, створенням математичних моделей для кількісної оцінки параметрів безпілотного об'єкта.
Розробка методів проектування адаптивних систем автоматичного керування безпілотними об'єктами, що змінюють параметри руху в залежності від впливів, що діють на об'єкт управління, вимагає вирішення ряду науково-технічних проблем, пов'язаних з розробкою принципів та алгоритмів керування в автоматичному режимі, аналізу і моделювання особливостей побудови і функціонування адаптивної системи автоматичного керування безпілотним об'єктом [7].
Широке застосування знайшли безпілотні літальні апарати (БПЛА), призначені для автоматизованого моніторингу розвідки, загального навколишнього середовища, поверхні і т. д.
Управління польотом БПЛА здійснюється дистанційно з наземного пункту по радіоканалу або з допомогою системи автоматичного управління (САУ). При використанні САУ в пам'ять бортової системи вводиться маршрут польоту, наприклад, у вигляді координат проміжних пунктів або координат цілі. Отже, для роботи в автоматичному режимі бортові обчислювачі повинні оснащуватися відповідними алгоритмами обробки і аналізу зображень для вирішення завдань стиснення відеоінформації і пошуку об'єктів.
Отже, метою нашої роботи є дослідження методів побудови систем автоматичного управління БПЛА.
Виклад основного матеріалу. Безпілотний літальний апарат (БПЛА або БЛА ) – у загальному випадку це літальний апарат без екіпажу на борту. Спектр застосування БПЛА досить широкий - автоматичні літаки, вертольоти і дирижаблі здатні вести екологічну розвідку, моніторинг стану атмосфери, виконувати виміри температури, іонізуючого випромінювання, виробляти забори проб ґрунту з заражених територій і т.д. Шум від таких літальних апаратів набагато нижче, що особливо важливо при зйомці в житлових районах [2, c. 76].
Нові завдання, такі як ударні, транспортні, моніторинг протяжних лінійних об'єктів (ЛЕП, залізні дороги, трубопровідні системи) вимагають істотного збільшення крейсерської швидкості польоту і злітної маси БПЛА. Зростання крейсерської швидкості необхідне для збільшення ефективності БПЛА як транспортної системи і зменшення часу реакції, а збільшення злітної маси є наслідком збільшення тривалості польоту і зростання номенклатури і маси корисного навантаження. Наприклад, рішення задачі надання повноцінних ударних можливостей для БПЛА RQ-1 Predator в кінцевому підсумку вимагало збільшення швидкості польоту літального апарату в 2 рази, злітної ваги в 4 рази, потужності силової установки в 9 разів і призвело до створення нового БПЛА MQ-9A Reaper (Predator B). Масу корисного навантаження при цьому було збільшено в 6 разів. Тривалість польоту і склад БРЕО не зазнали значних змін [1].
З ростом злітної маси і швидкості польоту основні технічні переваги БПЛА починають слабшати. Катапультні системи старту стають величезного розміру, різко збільшується їх складність та вимоги з технічного обслуговування.
Посадочні системи потребують виділення значних об'ємів планера і також стають надмірно складними і вимогливими до технічного обслуговування. При цьому надійність таких посадкових систем залишає бажати кращого. Складні системи м'якої посадки не забезпечують необхідного рівня збереження бортової електронної апаратури з планера БПЛА.
Для безпілотних літальних апаратів одним з найбільш важливих показником ефективності є його розміри. Оскільки для БПЛА важлива мобільність, використання габаритних систем навігації стає неможливим. З цією метою використовують MEMS системи. Але, не дивлячись на те, що такі системи надають достатню мобільність , вони не досить точні [4, c. 57].
Проблема точності може бути вирішена введенням до складу бортового обладнання системи навігації по орієнтирах.
Відомо, що система навігації за орієнтирами приймає на вхід сигнал у вигляд відбитої електромагнітної хвилі. Виходячи з цього, на вхід системи, що розробляється подаються параметри сигналу, а саме амплітуда сигналу, фаза, азимут та різницю у часі між відправленим та прийнятим сигналами.
Задача полягає у визначенні координат положення ЛА за вхідними параметрами системи.
Можна запропонувати нову структуру системи навігації за орієнтирами, яка містить радіолокаційне обладнання, комплекс обладнання для обробки прийнятого сигналу з радіолокатора (фазовий, амплітудний детектори, таймер), вимірювач азимуту.
Актуальним постає алгоритмічне забезпечення системи навігації за орієнтирами, яке базується на використанні радіолокатора з синтезованою апертурою та комплексу обладнання для обробки прийнятих сигналів, що дає можливість покращити точність такої системи.
Програмне забезпечення для системи навігації за орієнтирами складається з інтерфейсу, блоку імітації сигналів, бази даних, і забезпечує зменшення обчислювального навантаження на бортовий мікропроцесор.
Запропонована система навігації за орієнтирами може бути включена до навігаційного комплексу БПЛА і забезпечить покращення розв'язання навігаційної задачі.
Для забезпечення заданої вертикальної швидкості при наборі висоти польоту можна запропонувати використання системи автоматичного управління вертикальною швидкістю (САУ ВШ) [3, c. 44].
Вона може бути сформована на основі астатичних САУ для нормального перевантаження та інформації про вертикальну швидкість. При цьому задане значення нормального перевантаження можна формувати у вигляді.
